JP2016214571A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の動作保障を確保しながら撮像素子への電源供給信号線の細径化を可能とし、ひいては内視鏡自体の細径化を実現する内視鏡システムを提供する。【解決手段】ＣＭＯＳセンサ１１に電源信号線４１を介して電力を提供する先端所望電圧生成部５３と、電源信号線４１の電流値を検出する電流検知部５５と、電源信号線４１に係る抵抗値Ｒ１と電流検知部５５において検出した電流値とに基づいて電源信号線４１における電圧降下分に対応した電圧指令値を求めるゲイン回路５７と、ゲイン回路５７において求めた電圧指令値に基づいて、ＣＭＯＳセンサ１１に所定電圧を印加するよう先端所望電圧生成部５３を制御する電圧生成部５２と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡システム、例えば、被写体の観察画像を画像信号として出力可能な撮像素子を有すると共に当該撮像素子に対して電力を供給する電源信号線を有する内視鏡システムに関する。

従来、医療用分野及び工業用分野においては、被検体を観察する撮像部を備えた内視鏡が広く用いられている。また、内視鏡に着脱自在に接続され、内視鏡に係る各種信号処理をビデオプロセッサと称する信号処理装置により担い、内視鏡システムを構成する技術も知られるところにある。

一方、近年、内視鏡システムにおいて、低侵襲な診断、治療を目指すために用いられる内視鏡においてはさらなる細径化が求められている。そして、内視鏡を細径化するためには、当該内視鏡におけるあらゆる内蔵物をできるだけ小さく、細くする必要があるが、従来、たとえば、内視鏡先端部に配設される撮像素子に電力を供給する電源信号線自体を細くするよう工夫した例も提案されている（特許文献１）。

特開２０１３−１７６５６７号公報

しかしながらこの撮像素子に電源を供給する信号線の細径化を実行すると、供給される電圧のばらつきが必要以上に大きくなることが考えられる。そして、電圧のばらつきが必要以上に大きく生じるような場合、撮像素子に印加する電源電圧が撮像素子の動作保障範囲または最大定格を超えてしまう虞もある。

ここで、上述した、撮像素子に供給する電源電圧ばらつきが必要以上に大きくなる理由を以下に示す。

１）まず、細径化によって電源信号線の抵抗値が大きくなるので、当該電源信号線における電圧降下が無視できない。
２）一方、内視鏡システムにおける各プロセス、供給される電圧、周辺温度または動作モード等に起因して、撮像素子の消費電流にばらつきが生じてしまう。

３）そして、撮像素子の消費電流にばらつきが生じた場合、電源信号線における電圧降下（電圧変動）が細径化により相対的に大きくなり、また、その電圧降下の影響のばらつきも必要以上に大きくなってしまうこととなり、その結果、撮像素子への供給電圧が想定外のばらつきを生じてしまう虞があった。

これを防ぐためには、消費電流のばらつきに起因して生じる信号線における電圧降下のばらつき分を加味して、電源供給側の電圧を設定する必要があるが、撮像素子ごとに消費電流を予め測定し、その測定結果に基づいて供給電圧を手動設定することは、コスト、製造工数に負担がかかることとなる。

また、撮像素子の消費電流を自動的に直接測定することは、内視鏡先端部の外径の大型化につながり、内視鏡の細径化に逆行してしまうこととなる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、撮像素子に係る消費電流を的確に測定することで、撮像素子の動作保障を確保しながら撮像素子への電源供給信号線の細径化を可能とし、ひいては内視鏡自体の細径化を実現する内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡システムは、挿入部の先端部に設置し、被観察体画像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子に電源信号線を介して電力を提供する電源と、前記電源信号線の電流値を検出する電流検知部と、前記電源信号線に係る抵抗値と前記電流検知部において検出した前記電流値とに基づいて前記電源信号線における電圧降下分に対応した電圧指令値を求める電圧指令値設定部と、前記電圧指令値設定部において求めた前記電圧指令値に基づいて、前記撮像素子に所定電圧を印加するよう前記電源を制御する安定化電源制御部と、を具備する。

本発明によれば、撮像素子に係る消費電流を的確に測定することで、撮像素子の動作保障を確保しながら撮像素子への電源供給信号線の細径化を可能とし、ひいては内視鏡自体の細径化を実現する内視鏡システムを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態の内視鏡システムの構成を示す図である。 図２は、本発明の第２の実施形態の内視鏡システムの構成を示す図である。 図３は、第２の実施形態の内視鏡システムにおけるスコープ基板内の記憶部に格納されるテーブルデータの情報を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。

＜第１の実施形態＞
図１に示すように本発明の第１の実施形態である内視鏡システム１は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被写体の体内画像を撮像し当該被写体像の画像信号を出力する内視鏡２と、内視鏡２から出力される画像信号に対して所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御するビデオプロセッサ３と、を備える。

また、内視鏡２は、被検体に挿入される挿入部の先端に設けられ、被検体の光学像を撮像して所定の撮像信号を出力するＣＭＯＳセンサ１１と、前記ＣＭＯＳセンサ１１に電力を供給する電源信号線４１等を内設するケーブル４０と、所定の信号処理を行う信号処理装置としてのビデオプロセッサ３に接続されるコネクタ部２０と、を備える。

前記ＣＭＯＳセンサ１１は、ビデオプロセッサ３のクロック同期信号生成回路３１から送信される所定のクロック信号および同期信号ＨＤ，ＶＤに基づいて当該ＣＭＯＳセンサ１１の動作仕様に合わせたクロック信号、水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤ並びに各種信号処理のためのパルスを生成するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１５と、当該タイミングジェネレータ１５において生成された前記クロック信号、水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤにより、被検体の光学像を撮像して所定のアナログ撮像信号を生成する撮像部１２（ＰＤ１２）と、当該撮像部１２に対して所定の信号処理を施すと共にデジタル撮像信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換部を備えるＡＦＥ回路１３と、当該ＡＦＥ回路１３からのデジタル撮像信号をパラレル／シリアル変換して後段に出力するＰ／Ｓ回路１４と、を有して構成される。

また、ＣＭＯＳセンサ１１は、電源信号線４１を介して所定の電力の供給を受けるようになっている。詳しくは後述する。

前記ＡＦＥ回路１３は、撮像部１２からのアナログ撮像信号に対して所定の相関２重サンプリング処理を施すＣＤＳ回路と、この相関２重サンプリング処理が施されたアナログ撮像信号をＡ／Ｄ変換して出力するＡ／Ｄ変換回路とを備えて構成される。

前記ケーブル４０は、上述した電源信号線４１の他、ビデオプロセッサ３から送信される所定のクロック信号および同期信号ＨＤ，ＶＤをＣＭＯＳセンサ１１に伝送するクロック、ＨＤ、ＶＤ線４３と、Ｐ／Ｓ回路１４においてパラレル／シリアル変換されたシリアル信号の前記デジタル撮像信号をコネクタ２０の内部に設けられた図示しないＳ／Ｐ変換回路に伝送するデジタル撮像信号線４２等を内設する。

なお、前記電源信号線４１は、本実施形態においては、既知の抵抗値Ｒ１を有するものとする。

本実施形態においては、前記コネクタ部２０の内部には、前記デジタル撮像信号に対して所定の信号処理を施すための図示しない回路の他、ＣＭＯＳセンサ１１に供給する電力に係る電流を検知する回路を含むスコープ基板２１が配設されている。

前記スコープ基板２１は、ビデオプロセッサ３における電源３２から所定の電力の供給を受け、ＣＭＯＳセンサ１１に供給するための、制御された電圧による電力を出力する電圧生成部５２と、当該電圧生成部５２に対して供給される電流の過電流を保護する過電流保護回路５１と、を備える。

この電圧生成部５２は、ビデオプロセッサ３における電源３２から所定の電力の供給を受けてＣＭＯＳセンサ１１に係る所望の電圧（先端所望電圧）｛ｘ［Ｖ］｝を生成する先端所望電圧生成部５３を備えると共に、後述するフィードバック制御により求められた出力電圧｛ｘ＋δ×Ｇａｉｎ［Ｖ］｝を電源信号線４１に向けて供給する出力部５４と、を有する。

過電流保護回路５１は、故障等によりＣＭＯＳセンサ１１において過剰な消費電流が流れた際に、誤って高電圧が出力されることを防止する。

さらにスコープ基板２１は、前記出力部５４の出力ラインである電源信号線４１の回路上に設けられた、当該電源信号線４１における電流値を検知する電流検知部５５と、電流検知部５５に接続されたオペアンプ５６と、オペアンプ５６に接続されたゲイン回路５７と、ゲイン回路５７に接続されフィルタ回路５８とをさらに備え、フィルタ回路５８の出力は電圧生成部５２における前記出力部５４にフィードバック接続されるようなっている。

また、前記電流検知部５５は、具体的には電流検知抵抗［Ｒ２］により構成され、前記電源信号線４１における電流値を検知する手段であり、電圧生成部５２から出力される出力電圧に係る電流変動（撮像素子の消費電流に係る変動）を電圧変動に変換する。

そして、この電流検知抵抗［Ｒ２］の抵抗値Ｒ２の情報（電流値に係る両端電圧の情報）は、オペアンプ５６に入力され、オペアンプ５６において当該電流検知抵抗［Ｒ２］の両端電位差｛δ［Ｖ］｝として検知するようになっている。

その後、オペアンプ５６の出力はゲイン回路５７に入力され、このゲイン回路５７において電源信号線４１における既知の抵抗値Ｒ１と電流検知部５５において検出した抵抗値Ｒ２との比に基づいて所定のゲイン値｛Ｇａｉｎ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１｝を演算し、電流検知抵抗［Ｒ２］の両端電位差｛δ［Ｖ］｝に応じた出力｛δ×Ｇａｉｎ［Ｖ］｝として出力する。

すなわち、ゲイン回路５７は、電源信号線４１に係る抵抗値Ｒ１と電流検知部５５において検出した前記電流値とに基づいて前記電源信号線４１における電圧降下分に対応した電圧指令値を求め、ゲイン値情報として出力する電圧指令値設定部としての役目を果たす。

なお、電源信号線４１に係る抵抗値Ｒ１は予め設定される値であるが、当該電源信号線４１自体の長さに依存して変化する。したがって、ゲイン回路５７におけるゲイン値も電源信号線４１の長さに応じて変化することとなる。

その後、ゲイン回路５７の出力はフィルタ回路５８に入力され、このフィルタ回路５８において電流変動を周波数的に選択し、フィルタ回路を経由したゲイン値情報を電圧生成部５２における出力部５４に向けて出力する。

このとき、フィルタ回路５８においては、電流検知部５５において電流値の変動を検知してから電圧生成部５２における出力部５４の出力に反映できるまでの時間、および、補正した電流変動周波数により、選択すべき周波数が決定される。

そして、電圧生成部５２においては、フィルタ回路５８から出力されたゲイン値情報を先端所望電圧生成部５３からの出力電圧｛ｘ［Ｖ］｝に加算し、出力部５４から｛ｘ＋δ×Ｇａｉｎ［Ｖ］｝として電源信号線４１に向けて供給する。

このように前記電圧生成部５２は、ゲイン回路５７において求めた、電源信号線４１における電圧降下分を考慮したゲイン値情報（電圧指令値）に基づいて、ＣＭＯＳセンサ１１に所定電圧を印加するよう先端所望電圧生成部５３からの出力電圧を制御する安定化電源制御部としての役目を果たす。

上述したように、本実施形態の内視鏡システム１は、撮像素子（ＣＭＯＳセンサ１１）に電力を供給する電源信号線４１を細径化した場合であっても、当該撮像素子（ＣＭＯＳセンサ１１）における消費電流を電流検知部５５において的確に測定し、この消費電流値と電源信号線４１の抵抗値とに基づいて当該電源信号線４１における電圧降下分を考慮したゲイン値情報を求め、このゲイン値情報に基づいて撮像素子（ＣＭＯＳセンサ１１）に印加する出力電圧をばらつかせることなく安定的に制御することができる。

以上説明したように、本実施形態の内視鏡システムによると、撮像素子における消費電流を的確に測定し、撮像素子の動作保障を確保しながら撮像素子への電源信号線の細径化を可能とし、ひいては内視鏡自体の細径化を実現する内視鏡システムを提供することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態の内視鏡システムの構成を示す図である。

本第２の実施形態の内視鏡システムは、内視鏡のコネクタ部におけるスコープ基板の構成を異にするが、その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。

図２に示すように本発明の第２の実施形態である内視鏡システム１０１は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被写体の体内画像を撮像し当該被写体像の画像信号を出力する内視鏡１０２と、内視鏡１０２から出力される画像信号に対して所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム１０１全体の動作を統括的に制御するビデオプロセッサ３と、を備える。

また、内視鏡１０２は、第１の実施形態と同様に、被検体に挿入される挿入部の先端に設けられ、被検体の光学像を撮像して所定の撮像信号を出力するＣＭＯＳセンサ１１と、前記ＣＭＯＳセンサ１１に電力を供給する電源信号線４１等を内設するケーブル４０と、所定の信号処理を行う信号処理装置としてのビデオプロセッサ３に接続されるコネクタ部１２０と、を備える。

本第２の実施形態においては、前記コネクタ部１２０の内部には、前記デジタル撮像信号に対して所定の信号処理を施すための図示しない回路の他、ＣＭＯＳセンサ１１に供給する電力に係る電流を検知する回路を含むスコープ基板１２１が配設されている。

前記スコープ基板１２１は、ビデオプロセッサ３における電源３２から所定の電力の供給を受け、ＣＭＯＳセンサ１１に供給するための、制御された電圧による電力を出力する電圧生成部６２と、当該電圧生成部６２に対して供給される電流の過電流を保護する過電流保護回路６１と、を備える。

この電圧生成部６２は、ビデオプロセッサ３における電源３２から所定の電力の供給を受けてＣＭＯＳセンサ１１に供給する所定の電圧を生成して出力する電源ＩＣ６３と、当該電源ＩＣ６３に接続されたデジタルポテンショメータ６４と、を備える。

この電源ＩＣ６３は、外付け抵抗により出力電圧が決まるＩＣであり、デジタルポテンショメータ６４は、その外付け抵抗としての役目を果たす。なお、本実施形態においては、電源ＩＣ６３とデジタルポテンショメータ６４とを組みあわせたが、電源ＩＣ６３自体の出力電圧をデジタル設定できる電源ＩＣで代用してもよい。

過電流保護回路６１は、第１の実施形態と同様に、故障等によりＣＭＯＳセンサ１１において過剰な消費電流が流れた際に、誤って高電圧が出力されることを防止する。

さらにスコープ基板２１は、前記電源ＩＣ６３の出力ラインである電源信号線４１の回路上に設けられた、当該電源信号線４１における電流値を検知する電流検知部６５と、電流検知部６５に接続されたオペアンプ６６と、オペアンプ６６に接続されたフィルタ回路６７と、フィルタ回路６７に接続されたＡ／Ｄ変換回路６８と、Ａ／Ｄ変換回路６８に接続されたＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス；Programmable Logic Device)６９と、ＰＬＤ６９に接続された記憶部７０と、を備える。

前記電流検知部６５は、具体的には第１の実施形態と同様に、電流検知抵抗［Ｒ２］により構成され、前記電源信号線４１における電流値を検知する手段であり、電圧生成部６２から出力される出力電圧に係る電流変動（撮像素子の消費電流に係る変動）を電圧変動に変換して、アナログ検知信号としてオペアンプ６６に向けて出力するようになっている。

そして、この電流検知抵抗［Ｒ２］の抵抗値Ｒ２の情報（電流値に係る両端電圧の情報）は、アナログ検知信号としてオペアンプ６６に入力され、オペアンプ６６において当該電流検知抵抗［Ｒ２］の両端電位差として検知するようになっている。

その後、オペアンプ６６の出力はフィルタ回路６７に入力され、このフィルタ回路６７において所定のフィルタリング処理が施された後、Ａ／Ｄ変換回路６８を経てデジタル検知信号としてＰＬＤ６９に入力される。

ＰＬＤ６９は、プログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device)であって、Ａ／Ｄ変換回路６８から入力した電流検知部６５に係るデジタル検知信号に応じて記憶部７０に格納されたテーブルデータから所定の制御信号に係る情報を読み出し、当該読み出した情報に応じた制御信号をデジタルポテンショメータ６４に対して送出する。

ここで、上述した記憶部７０に格納されたテーブルに記憶された制御信号に係る情報、並びに、当該制御信号に係るＰＬＤ６９およびデジタルポテンショメータ６４の動作について以下、説明する。

図３は、本第２の実施形態の内視鏡システムにおけるスコープ基板内の記憶部７０に記憶される情報を示した図である。

図３に示すように、記憶部７０には、撮像素子における消費電流値のランク（ｍｉｎ〜Ａ’、Ａ’〜Ｂ’、・・等）に応じてそれぞれ対応する制御信号（例えば、×１、×６・・・）のテーブルデータ情報が格納され、これら制御信号の情報は、ＰＬＤ６９に制御され適宜読み出されるようになっている。

この消費電流値のランクに応じてそれぞれ設定された前記制御信号は、内視鏡ごとに予め定められた値であり、例えば、図３に示す例でいうと、制御信号の値としての“×６”は“×１”に対して６倍の係数値の情報を示す制御信号である。

ここで電源信号線４１の抵抗値Ｒ１は第１の実施形態と同様に既知の値であるが、電源信号線４１の材質上の種類または長さ等に依存し、内視鏡２の種別によりその値は変化する。さらには、内視鏡２の修理前後においても変化する虞がある。

本実施形態においては上述した事情に鑑み、図３に示すように、当該ランク分けされた制御信号を示すテーブルデータは、電源信号線４１の抵抗値Ｒ１の大きさに応じて複数の読み出し列が用意されている。

具体的に本実施形態において記憶部７０には、図３に示すように、電源信号線４１の抵抗値を複数のランクに分け（例えば、ｍｉｎ〜Ａ、Ａ〜Ｂ、・・等）、これら抵抗値のランクごとに、上述した消費電流値のランクに応じた制御信号のテーブルデータ情報が格納されるようになっている。

なお、通常動作時においては、当該テーブルにおいて“読み出し列”（すなわち電源信号線４１の抵抗値ランクに対応する列）は、所定の一種類の抵抗値に対応する列に固定する。例えば、図３に示すように、“読み出し列”を二点鎖線で示す抵抗値ランク｛ｍｉｎ〜Ａ｝の列に固定する。

このとき、ＰＬＤ６９により読み出される制御信号値は、当該ＰＬＤ６９に入力されるデジタル検知信号に応じて読み出す“読み出し行”が変化することとなる。

より具体的には、ＰＬＤ６９は入力したデジタル検知信号、すなわち、電流検知部６５において検知した電流値に係るデジタル検知信号に応じて、ＣＭＯＳセンサ１１に対する消費電流値のランクを認識し、このとき、当該消費電流値のランクが｛Ａ’〜Ｂ’｝であり、かつ、通常動作時である場合は、記憶部７０に格納された上述したテーブルデータに基づいて、抵抗値ランク｛ｍｉｎ〜Ａ｝の列における“×６”という制御信号値を読み出す。

その後ＰＬＤ６９は、読み出した制御信号の情報をデジタルポテンショメータ６４に送出し、当該制御信号の情報を受け取ったデジタルポテンショメータ６４は、例えば、“×６”という制御信号値に対応する所定の抵抗値情報を電源ＩＣ６３に送出する。

そして電源ＩＣ６３は、デジタルポテンショメータ６４送られた前記所定の抵抗値情報に応じた電圧を電源信号線４１に対して出力する。

このように本実施形態においてＰＬＤ６９は、電源信号線４１に係る抵抗値Ｒ１と電流検知部６５において検出した前記電流値とに基づいて前記電源信号線４１における電圧降下分に対応した電圧指令値（制御信号の情報）を求め、デジタルポテンショメータ６４を制御する制御信号として出力する電圧指令値設定部としての役目を果たす。

また、本実施形態において電圧生成部６２は、ＰＬＤ６９において求めた、電源信号線４１における電圧降下分を考慮した制御信号の情報（電圧指令値）に基づいて、ＣＭＯＳセンサ１１に所定電圧を印加するよう電源ＩＣ６３からの出力電圧を制御する安定化電源制御部としての役目を果たす。

上述したように、本第２の実施形態の内視鏡システム１は、撮像素子（ＣＭＯＳセンサ１１）に電力を供給する電源信号線４１を細径化した場合であっても、当該撮像素子（ＣＭＯＳセンサ１１）における消費電流を電流検知部６５において的確に測定し、この消費電流値の情報と電源信号線４１の抵抗値の情報とに基づいて当該電源信号線４１における電圧降下分を考慮した制御信号の情報を求め、この制御信号の情報に基づいて撮像素子（ＣＭＯＳセンサ１１）に印加する出力電圧をばらつかせることなく安定的に制御することができる。

以上説明したように、本第２の実施形態の内視鏡システムによると、第１の実施形態と同様に、撮像素子における消費電流を的確に測定し、撮像素子の動作保障を確保しながら撮像素子への電源信号線の細径化を可能とし、ひいては内視鏡自体の細径化を実現する内視鏡システムを提供することができる。

なお、上述した実施形態において内視鏡２における撮像素子はＣＭＯＳセンサであるとしたが、これに限らず、ＣＣＤイメージセンサを採用した内視鏡を有する内視鏡システムに対しても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態においては、電圧指令値設定部または安定化電源制御部としての役目を果たす構成について、内視鏡２のコネクタ部２０に配設したスコープ基板２１上に設けるものとしたが、これらの機能については内視鏡２における操作部またはビデオプロセッサ３側に設けてもよい。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能であり、上述した実施形態等を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。

１：内視鏡システム
２：内視鏡
３：ビデオプロセッサ
１１：ＣＭＯＳセンサ
２０，１２０：コネクタ基板
２１，１２１：スコープ基板
４０：ケーブル
４１：電源信号線
５２，６２：電圧生成部
５３：先端所望電圧生成部
５４：出力部
５５，６５：電流検知部
５７：ゲイン回路
６３：電源ＩＣ
６４：デジタルポテンショメータ
６９：ＰＬＤ
７０：記憶部

Claims (1)

1. 挿入部の先端部に設置し、被観察体画像を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子に電源信号線を介して電力を提供する電源と、
   前記電源信号線の電流値を検出する電流検知部と、
   前記電源信号線に係る抵抗値と前記電流検知部において検出した前記電流値とに基づいて前記電源信号線における電圧降下分に対応した電圧指令値を求める電圧指令値設定部と、
   前記電圧指令値設定部において求めた前記電圧指令値に基づいて、前記撮像素子に所定電圧を印加するよう前記電源を制御する安定化電源制御部と、
   を具備することを特徴とする内視鏡システム。

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